L'esperimento laser "pericolosamente potente" stabilisce un record nel corridoio dell'università

Dall'Università del Maryland13 febbraio 2023

Un laser viene inviato lungo un corridoio dell'UMD in un esperimento per radunare la luce mentre compie un viaggio di 45 metri. Credito: Laboratorio di interazioni intense tra laser e materia, UMD

Non in tutte le università gli impulsi laser abbastanza potenti da bruciare carta e pelle vengono inviati in un corridoio. Ma questo è quello che è successo all'Energy Research Facility dell'UMD, un edificio dall'aspetto insignificante all'angolo nord-est del campus. Se visiti adesso l'utilitaria aula bianca e grigia, sembrerà una qualsiasi altra aula universitaria, a patto di non sbirciare dietro una bacheca di sughero e individuare la piastra di metallo che copre un buco nel muro.

Ma per una manciata di notti nel 2021, il professore di fisica dell’UMD Howard Milchberg e i suoi colleghi hanno trasformato il corridoio in un laboratorio: le superfici lucide delle porte e una fontana d’acqua sono state coperte per evitare riflessi potenzialmente accecanti; i corridoi di collegamento erano bloccati con cartelli, nastri di avvertenza e speciali tende nere che assorbono il laser; e apparecchiature scientifiche e cavi abitavano spazi pedonali normalmente aperti.

Mentre i membri della squadra svolgevano il loro lavoro, un suono schioccante avvertiva del percorso pericolosamente potente che il laser tracciava lungo il corridoio. A volte il viaggio del raggio terminava con un blocco di ceramica bianca, riempiendo l'aria di schiocchi più forti e di un odore metallico. Ogni notte, un ricercatore si sedeva da solo davanti a un computer nel laboratorio adiacente con un walkie-talkie ed eseguiva le modifiche richieste al laser.

Da sinistra a destra: Eric Rosenthal, fisico del US Naval Research Laboratory; Anthony Valenzuela, fisico dell'US Army Research Lab; e Andrew Goffin, uno studente laureato in ingegneria elettrica e informatica dell'UMD, allineano l'ottica in un oblò nel muro per inviare il raggio laser dal laboratorio lungo il corridoio. Credito: Laboratorio di interazioni intense tra laser e materia, UMD

I loro sforzi consistevano nel trasfigurare temporaneamente l’aria rarefatta in un cavo in fibra ottica – o, più specificamente, in una guida d’onda aerea – che guidasse la luce per decine di metri. Come uno dei cavi Internet in fibra ottica che forniscono autostrade efficienti per flussi di dati ottici, una guida d’onda aerea prescrive un percorso per la luce. Queste guide d’onda aeree hanno molte potenziali applicazioni legate alla raccolta o alla trasmissione della luce, come il rilevamento della luce emessa dall’inquinamento atmosferico, la comunicazione laser a lungo raggio o persino le armi laser. Con una guida d'onda aerea, non è necessario srotolare un cavo solido e preoccuparsi dei vincoli di gravità; invece, il cavo si forma rapidamente senza supporto nell'aria. In un articolo accettato per la pubblicazione sulla rivista Physical Review X, il team ha descritto come è riuscito a stabilire un record guidando la luce in guide d'onda aeree lunghe 45 metri e ha spiegato la fisica alla base del loro metodo.

I ricercatori hanno condotto la loro alchimia atmosferica da record di notte per evitare di disturbare (o colpire) colleghi o studenti ignari durante la giornata lavorativa. Dovevano ottenere l'approvazione delle procedure di sicurezza prima di poter riutilizzare il corridoio.

"È stata un'esperienza davvero unica", afferma Andrew Goffin, uno studente laureato in ingegneria elettrica e informatica dell'UMD che ha lavorato al progetto ed è l'autore principale dell'articolo di giornale risultante. "C'è molto lavoro da fare per sparare con i laser fuori dal laboratorio che non devi affrontare quando sei in laboratorio, come mettere le tende per la sicurezza degli occhi. È stato decisamente stancante."

Distribuzioni della luce laser raccolta dopo il percorso nel corridoio senza guida d'onda (a sinistra) e con guida d'onda (a destra). Credito: Laboratorio di interazioni intense tra laser e materia, UMD

Tutto il lavoro consisteva nel vedere fino a che punto si poteva spingere la tecnica. In precedenza il laboratorio di Milchberg aveva dimostrato che un metodo simile funzionava per distanze inferiori a un metro. Ma i ricercatori si trovano di fronte a un ostacolo nell’estendere i loro esperimenti a decine di metri: il loro laboratorio è troppo piccolo e spostare il laser non è pratico. Così, un buco nel muro e un corridoio diventano spazio laboratorio.